云南昆玉地區石灰石礦山開發及土層分布特點

楊 智，董澤偉，李雪蕊，秦 文

(云南省有色地質局三〇六隊，云南 昆明 650216)

云南是國內碳酸鹽巖分布面積較集中的區域之一，昆(明)至玉(溪)地處揚子準地臺，特殊的大地構造位置，為石灰石礦的形成創造了良好的成礦環境和成礦條件，蘊藏著豐富的石灰石礦資源。同時昆玉地區水泥用灰巖、建筑石料用灰巖分布眾多，區內石灰石礦山全為露天開采，大多無序開采，對生態環境破壞較大。隨著國家對礦山生態環境的重視，樹立“綠水青山就是金山銀山”的理念，建設綠色礦山，發展綠色礦業是石灰石礦山發展的必由之路。石灰巖礦山多為石灰巖土，土地貧瘠，認識石灰石礦山特點、石灰石土層形成及分布特點，有助于開展礦山生態修復、土地復墾、水土保持及綠色礦山建設，合理的進行表土的剝覆、土壤改良，具有理論和實際意義。

1 昆玉地區石灰石分布及利用

1.1 昆玉地區石灰石分布

昆玉地區位于揚子準地臺川滇臺背斜與滇東臺褶帶之間，區內震旦系至三疊系均有不同程度的石灰巖地層出露(圖1)，大致分4個主要的碳酸鹽巖沉積階段：元古宙末晚震旦世、早古生代清虛洞期至紅花園期、晚古生代中泥盆世至早二疊世和中生代初期的早中三疊世[1]。

震旦系(Z)：上統陡山沱組及燈影組一般為白云巖，昆明至玉溪地區局部為灰巖、泥灰巖，厚20m～460m。

寒武系(∈)：以白云巖、砂巖、泥巖及磷塊巖為主，昆明周邊寒武系中下統夾灰巖、白云質灰巖，厚度可達200 m。

奧陶系(O)上中統、志留系(S)中統、泥盆系(D)中統在東川至昆明一帶，夾25m～75 m連續的灰巖、泥質灰巖或泥灰巖。

石炭系(C)：分布范圍與泥盆系相似，昆明地區石炭系幾乎全為灰巖。下統下部多為不純的灰巖及碎屑巖夾層或碎屑巖夾灰巖，下統上部及中統，在全區范圍有連續的沉積，厚度300m～800 m。

二疊系(P)：下二疊統巖性幾乎全為灰巖及燧石結核灰巖(棲霞組和茅口組)，一般厚300m～600 m，為昆玉地區石灰石礦山主要開采層位。

三疊系(T)：下統永寧鎮組下段也沉積100余m灰巖。

1.2 昆玉地區石灰巖主要開采層位

昆玉地區石灰巖沉積地層較多，成礦條件優越，石灰石分布廣泛，潛在資源量豐富，目前開采利用最多的為石炭系中統威寧組(C2w)石灰巖及二疊系中統茅口組(P2m)石灰巖。

石炭系中統威寧組(C2w)：以淺灰色、灰、深灰色厚～巨厚層狀生物碎屑灰巖為主。CaO含量約51.12%～55.95%、MgO含量1.91%～0.10%、揮發組分(燒失量)約42.72%～43.31%。礦石主要礦物成分為方解石，含量>95%，次要礦物成分為白云石及少量鐵泥質物，含量<5%，礦石中生物碎屑含量15%～30%。礦石內聚力平均2.50MPa，內摩擦角平均42.15°，抗拉強度平均2.50MPa，單軸抗壓強度平均44.20MPa。

二疊系中統茅口組(P2m)：主要為灰-灰白色厚-巨厚層狀隱晶-微晶粒狀含生物碎屑灰巖。礦石CaO含量約52.65%～55.99%、MgO含量2.18%～0.02%、揮發組分(燒失量)約為42.72%～43.39%。礦石主要成分為方解石，含量>95%，隱晶(<0.01mm)它形微粒(0.01～0.03mm)，次為少量隱晶-微晶粒狀白云巖，礦石中生物碎屑含量15%～20%。礦石內聚力平均1.72MPa，內摩擦角平均45.55°，抗拉強度平均1.90MPa，單軸抗壓強度平均46.9MPa。

1.3 昆玉地區石灰巖用途及礦山分布

石灰石以方解石為主要成分，其分布相當廣泛，巖性均勻，具有導熱性、堅固性、吸水性、不透氣性、隔音性、磨光性，很好的膠結性能及可加工性等優良的性能。可直接利用原石，也可深加工應用，是冶金、建材、化工、輕工、農業等部門的重要工業原料。

昆玉地區石炭系中統威寧群(C2w)石灰巖及二疊系中統茅口組(P1m)石灰巖，其CaO含量高，含MgO低(表1)，礦石質量優良，屬Ⅰ級品水泥用石灰質原料礦。除昆明城區外各縣市均有水泥用灰巖礦山分布，昆玉地區水泥用灰巖礦山分布十余座。

表1 昆玉地區各水泥用灰巖礦山礦石化學分析

昆玉地區石灰巖由于軟硬程度適中，物理性能較好(表2)，石灰石易于開采加工，作為建筑材料有著悠久的開采歷史。石灰石直接破碎加工即可利用，不需選礦，礦石易碎性和易磨性較好，礦石的加工技術性能較簡單。生產建筑用毛石、公分石、瓜子石及石粉用于建房、骨料及鋪路。目前昆玉地區石灰石作為建筑石料用灰巖礦山開采，除昆明城區及各保護區范圍，基本每一兩個鄉鎮分布一座礦山，建筑石料用灰巖分布八十余座，石灰石礦山較多。

表2 昆玉地區各建筑石料用灰巖礦石物理力學分析

2 昆玉地區石灰石礦山土壤類型

2.1 昆玉地區石灰石礦山土層形成過程

昆玉地區石灰石礦山土層形成主要為風化成土，為石灰巖中“雜質及酸不容物”在遭受溶蝕、風化、剝蝕過程中逐漸堆積形成的殘積土[4]，酸不溶物是其土壤發育的主要物質基礎。石灰巖成土過程與溶蝕、巖石風化及灰巖風化殼密切相關。由于石灰巖剛脆的巖石力學性質，早期在各種構造應力影響下，石灰巖易形成大量的節理、裂隙或破碎帶。節理裂隙在近地表更為密集，加強了地表及近地表“水-巖”相互作用，再經生物、氣候等自然風化作用下形成風化土。風化殘積形成的土在重力和水作用下，堆積在地勢相對平緩或低洼帶堆積形成。高處土壤不斷被流失，基巖裸露，低凹處則接受沉積，形成較厚的松散堆積土或殘積土層[3]。

2.2 昆玉地區石灰石礦山土壤類型及質量

昆玉地區石灰石礦山土壤為石灰巖風化殘坡積形成的巖性土，多屬石灰土亞類紅色石灰土，巖溶區巖隙與峰叢間零星分布有少量黑色石灰土。該類土主要特征為風化成土速率慢，土壤侵蝕速率快，土壤有機碳易于積累，而營養元素供給速率慢。

昆玉地區石灰石礦山石灰土具有機構性好，土層淺薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特點。石灰土受強烈的風化作用，土壤中鐵鋁含量高，母質中碳酸鈣已被淋失，表現出明顯的脫硅富鋁化作用和灰化作用，已接近紅壤。呈紅色、黑色、紅棕色、黃棕色，土體與基巖面過度清晰，土壤有機質和養分含量較豐富，有機質含量約10g/kg～50g/kg；土壤質地為粘壤土、砂壤土，粘土礦物以高嶺石、蛭石為主，粘粒含量30%～50%。土壤PH6.0～7.1，呈中性至微堿性，有效土層厚度在0.1m～0.8m[1]。

昆玉地區石灰土腐殖質層較薄、通透性差、不耐干旱，常見植被有云南松、旱冬瓜、柏樹及櫟類，灌木主要為火棘、清香木、車桑子、水馬桑及醉魚草屬植物。土地利用多以坡耕地為主，石灰土耕作層淺、耕性差、易受干旱，種植玉米、雜糧、薯類、小麥等作物。

3 昆玉地區石灰石礦山地貌與土壤分布關系

昆玉地區石灰石礦山多位于山地及丘陵區，分布于分水嶺、山脊、河谷、鞍部及山地與盆地接合地帶，斜坡或陡坡地形，礦山開采高程幾十m至200m之間，地形落差較大。受地形地貌制約全為露天斜坡式開采，由于石灰巖在風化溶蝕過程中存在明顯的差異風化，形成強烈起伏的巖溶地貌，垂直巖溶微地貌發育且差異性大。土壤的分布受溶微地貌影響較大，以土被、土窩、土槽、土面的形態分布[2]。

昆玉地區石灰巖礦山上部位于山峰、分水嶺地帶，地表巖溶形態以石芽、溶溝、溶槽及溶窩為主，部分礦山發育小型巖溶漏斗。微地貌發育使裸巖大面積出露，土壤貧瘠、土體跳躍式分布，地面起伏度大。該段土壤剖面發育不完整，常缺失土壤淀積層和母質層，腐殖質層直接覆于基巖之上，侵蝕較嚴重，易發生流失，臨時性干旱頻繁，土體連續性差，土層面積小，土層厚度約5cm～80cm；石灰巖礦山中部位于山脊、溝谷等斜坡地帶，地表巖溶形態以溶溝、溶槽、巖溶裂隙及巖溶陡崖為主。地形較陡土壤難于附著，巖石大面積裸露、土壤貧瘠。土體主要以土窩、土槽形態分布，或直接屬裸巖區，土壤易發生流失；石灰巖礦山下部位于鞍部及山地與盆地接合地帶，地形相對平緩，以巖溶洼地、巖溶漏斗發育為主。土體以土面的形態分布，土壤覆蓋比較均勻且面積相對較大，土層厚，礫石含量較少。該段土壤受坡殘積堆積形成，剖面發育完整，土層厚度1m～10m，最厚可達20余m。腐質層約30m～80cm，淀積層較厚，母質層10cm～200cm。巖土界面凹凸不平，凸起部分埋藏石芽，凹下部分為溶溝或溶槽，在幾m平距范圍內，凸起和凹下高差可達10余m。

4 結 論

(1)昆玉地區石灰巖地層自震旦系至三疊系均有不同程度出露，成礦條件優越，潛在資源量豐富。目前最多的開采利用石炭系中統威寧組(C2w)及二疊系中統茅口組(P2m)石灰巖。

(2)昆玉地區石灰巖CaO含量高，含MgO低，礦石質量優良，屬Ⅰ級品水泥用石灰質原料礦，少量為水泥用灰巖礦山開采；由于石灰巖軟硬程度適中，物理性能較好，分布眾多建筑石料用灰巖礦山。礦山均為露天開采，對生態環境破壞較大。

(3)昆玉地區石灰石礦山土層形成主要為風化成土，為石灰巖風化殘坡積形成的巖性土，屬石灰土亞類紅色石灰土。該類土風化成土速率慢，侵蝕速率快，土壤有機碳易于積累，但營養元素供給速率慢。具有機構性好，土層淺薄，抗旱能力差，分布零星，耕作不便等特點。

(4)昆玉地區石灰石礦山多位于山地及丘陵區，斜坡或陡坡地形，露天斜坡式開采。礦山垂直巖溶微地貌發育且差異性大，裸巖大面積出露，土壤貧瘠、土體跳躍式分布，地面起伏度大，土體連續性差，土層面積小。常以土被、土窩、土槽、土面的形態分布。

(5)昆玉地區水泥用灰巖、建筑石料用灰巖分布眾多，礦山露天多為無序開采，對生態環境破壞較大。開展礦山生態修復、土地復墾、水土保持及綠色礦山建設，合理的進行表土的剝覆、土壤改良，具有理論和實際意義。